无线传感器网络在畜禽舍监控中的应用现状及展望

摘 要：畜禽舍环境对家畜的健康、生长及遗传潜力的发挥等有重要影响。随着设施、规模化、集约化养殖的迅猛发展，对畜禽舍环境进行控制、创造一个适宜的生长环境，是目前畜禽业的发展方向。目前我国的畜禽舍监控系统虽然还在发展阶段，但也取得了一些成绩，在自动控制温湿度方面已经比较成熟。如何准确的控制有害气体的浓度，以及微生物以及颗粒是我们未来研究的方向，实现远程控制是我们研究的重点。

关键词：无线传感器网络；畜禽舍；监控系统

中图分类号：TP212 文献标识码：A

前言

近年来我国经济飞速发展，人民生活水平也有了质的飞跃，对生活质量要求越来越高，突出体现在对肉类食品安全问题的高度关注及国际市场对肉类食品的多元化要求，促进我国畜禽养殖也得快速发展。但是在畜禽养殖大规模发展的同时，畜禽舍中传染性疾病的爆发和传播也变的日益严重。专家认为畜禽养殖的环境的优劣直接影响畜禽舍畜禽疾病的发生和传播。所以对禽畜舍环境的监控是21世纪禽畜养殖业发展的一个重要方向，它推动粗放式低效养殖业向知识型、技术型、现代化型的高效禽畜养殖业转变，在发达国家被当作是新世纪禽畜养殖的一次革命，国内许多专家学者也对禽畜舍环境监测系统进行了大量的研究和实践 [9]。

1无线传感器网络

（Wireless Sensor Networks-WSN）就是由部署在监测区域内大量的廉价小型或微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织智能网络系统，其目的是协作地获取和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络涉及传感技术、网络通信技术、无线传输技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术、微电子制造技术、软件编程技术等多学科交叉的研究领域，具有鲜明的跨学科研究特点，正受到各方面的高度关注[1、3、4]。

2 畜禽舍监控系统的研究现状

2.1国内的研究现状

在温度监控方面：我国从1983年开始自行研制纸质蒸发降温湿垫以来，对湿垫的材料、结构及其强度与性能等进行了深入系统的研究，于1988年在北京农业工程大学研制成功，并通过农业部新产品鉴定，填补了我国纸质湿垫降温产品的空白，并与9FJ系列风机一起被列入国家级新产品向全国推广应用。王文成等人报道了肉仔舍温度自动控制系统的研究结果，该研究介绍单线数字温度传感器DS18B20的特点和工作原理，给出以DS18B20和单片机为核心的鸡舍实时温度自动控制系统的硬件及软件设计方案。该系统有越限报警功能，并能根据温度的高低控制风扇转动。实践证明，该装置测量精度高，控制性能良好，能满足鸡舍温度调节的实际要求。潘书俊等设计了一种鸡舍温湿度无线数据采集系统，该系统基于射频芯片Nrf05进行数据传输，以单机片Atmegal 6为主控器，采用温度传感器DS18B30和KSW系列湿度传感器实现了不同类型鸡舍温湿度的采集、传送和LED液晶显示，并且在温度超过设定范围时驱动蜂鸣器向工作人员发出报警信号。

在湿监控方面：对畜禽舍内湿度的调节，通常采用洒水通风增加光照等方法进行，在条件允许的场所也有利用加湿器或除湿机来实现对湿度的调节的。2012年，高中霞等研究了基于无线传感器网络（WSN） 的禽舍环境监测系统。利用ZigBee技术将分布在禽舍的传感器节点组成无线传感器网络，及时监测禽舍内的环境因素。设计采用了Jennic公司生产的第二代开发平台JN5139为核心模块，达到组网简单，能够有效准确地监测禽舍内的环境湿度数据的要求。牛有智等人设计了基于PIC18F2580的畜禽舍环境控制系统的研究，成功的监控了畜禽舍的湿度。

在有害气体监控方面：侯加林等人报道了鸡舍内有害气体含量自动控制装置的研制结果，他们为了限制鸡舍内有害气体的含量，避免因有害气体含量过多而造成鸡的上呼吸道损伤，继发其它疾病，研制了鸡舍内有害气体含量自动控制装置。该装置利用传感器、单片微机技术进行实时控制，使鸡舍内有害气体含量限制在最低范围内[2]。

在通风调节方面： 1983年以来，我国在引进、消化、吸收的基础上，设计并研制成功了国产农用低压大流量高效节能轴流风机系列，于1988年通过农业部新产品鉴定填补了我国低压大流量风机的空白。随后，结合我国砖混结构畜禽舍的特点，研究并推广应用了纵向通风技术。20世纪80年代末研究开发的畜禽舍纵向通风新技术，不仅解决了不同类型畜禽舍内通风死角问题确保气流均匀性，还使畜禽场的净污区自然分开，对净化场区环境，减少栋舍间的相互感染，提高卫生防疫等效果显著。唐俊英等人报道了肉鸡饲养鸡舍通风调节系统的研究，随着养殖业的集约化、规模化发展，环境控制同益重要。为此，他们介绍了基于AT89C52单片机和DS18B20温度传感器的肉鸡飼养鸡舍通风调节系统，详细地讨论了系统的硬件和软件设计，并提供了主要硬件设计电路和软件设计的流程图。经试验，该系统运行正常，可以很好地完成对鸡舍的通风调节和温度控制[6]。

2.2国外的研究现状

在温度监控方面：Ferreira P. M.等将由径向基神经网络建立的温度模型用在温室的自适应预测控制中；Meir Teitel等比较丁两种温室通风扇控制系统（开关（ON /OFF）系统和可变频率触发驱动系统在能耗方面的优越性；Paulo Salgado等采用模糊控制理论建立了温室温度模型；加拿大C.Famer， S.Robert等利用自动控温技术将产仔舍内温度在产后8d内降低到适宜母猪的15℃，同时对对仔猪也专门营造了一个适宜其生产的小环境，不仅母猪的生产正常，而且大大提高了仔猪对采暖地区热能的利用效率[7]。

在湿度监控方面：加拿大的Barber等人运用系统设计的方法设计整套系统，并将其运用到加拿大草原地区，取得了良好的效果，在系统设计的过程中充分考虑了畜禽养殖过程中的各个环节，而不是仅仅只局限于单个部件和单个因素的控制。

在有害气体监控方面：美国衣阿华州认大学、普渡大学等开发了可以移动的测试系统，以便现场测试。该系统可以实现对舍内外多点的热湿环境、空气质量环境进行连续监测，可以测定的参数包括温湿度、鸡舍通风换气率以及氨气、二氧化碳、硫化氢、甲烷、氮氧化物等浓度，并测定空气污染物的排放量，因此可以对舍内空气质量状况进行全面的了解和掌握；美国还利用长期的高频率检测系统对禽畜产生的硫化氢进行了长达数月测控研究，并且使用调制解调器与电话线完成了远程监控与环境参数的连续采集；为了减少有害气体的排放，国外科学家从不同角度进行试验研究，Li等通过在饲料中添加DDGS和EcoCal两种饲料减少了氨气的排放量。

在通风调节方面：美国的Chai对传送带蛋鸡舍进行通风，对舍内的环境质量进行的、了研究。并针对蛋鸡舍进行持续两年的通风，经过与参照物对比，研究结果显示通风不仅能改善舍内环境，而且对评估家禽业空气污染物排放量至关重要，建议可通过增加通风量来减少运营成本，这一发现在后来的实践工作得到了广泛的应用[11]。

3展望

我国畜禽舍环境监控系统已经基本能够全面的监控畜禽舍内的温度、 湿度、 光照、二氧化碳浓度，但是监控的精确度和可靠性仍然有待提高；另外我国监控系统中对环境检测的因子还不够全面，像对氨气、尘埃、微生物等监控做的研究还不够，研发测定氨气和粉尘的性能稳定、价格低廉的智能传感器是未来发展趋势；我国实现了对畜禽舍养殖现场的范围内对舍内的环境监控，但异地和远程监控尚未成熟，研究实现异地和远程监控技术将是未来的发展方向；随着通讯工具的普遍使用，手机客户端应用程序的开发将成为热点，是与时俱进的必然要[5、9、10]；我国在畜禽舍监控方面还有许多亟待解决的问题，例如畜禽舍内多种气体传感器存在的交叉敏感问题；畜禽舍内节点的合理布置问题；畜禽舍传感器节点能量的管理问题；传感器节点之间采取何种网络协议的问题等等。在通往实现我国畜禽舍内环境监控系统规范化、标准化和现代化的过程中虽然困难诸多但前景是美好的。

参考文献

[1]王 冉，徐本崇，魏瑞成，等；基于无线传感网络的畜禽舍环境监控系统的设计与实现[J]；江苏农业学报， 2010， 26（3）： 562-566.

[2]丛希，胡晓丽，袁洪印；国内外畜禽舍环境监控系统研究现状[J]. 农业与技术，2012（06）.

[3]赵建华，韩玉杰；无线传感器网络在禽舍中的应用[J]； 中国家禽，2010（03）.

[4]杨智国，李斌；畜禽舍空气环境控制综合措施[J]；广东饲料2012（11）.

[5]张开臣，刘滨疆，钱宏光；禽流感病毒传播特性及其可预防的环境安全保障 [J]；当代畜牧，2004 （03）：39 -42.

[6]钟翔，李刚，张桂英，陈俊杰，王恬；无线传感器网络技术及其在畜禽舍环境监控中的应用[J]；中国家禽 ，2012（22）.

[7]Polastre J， Szewczyk R， Mainwaring A，et al. Analysis ofwireless sensor networks for habitat monitoring[J]. Wireless Sensor Networks， 2004， 399-423.

[8]牛有智等.基于PIC18F258o的畜禽舍环境控制系统的研究[D].

[9]王骞等.禽畜舍环境多参数监测系统的研究[D].

[10]田耘等.哺乳仔猪舍温湿度环境自动控制系统设计及试验研究[D].

作者简介：郝志平（1989-），在读研究生，专业：农业电气化及其自动化。